Historia de las imágenes ópticas
Se sabe desde hace tiempo que algunos dispositivos ópticos pueden "magnificar" objetos. Por ejemplo, los espejos cóncavos pueden ampliar objetos, como se registra en los libros mohistas. En cuanto a cuándo se inventó la lente convexa, puede que no sea posible verificarlo. Las lentes convexas, a veces llamadas "lupas", enfocan la luz solar y le permiten ver objetos ampliados porque las lentes convexas cambian la desviación de la luz. Lo que se ve a través de una lente convexa es en realidad una ilusión. Estrictamente hablando, se llama imagen virtual. Cuando la luz de un objeto pasa a través de una lente convexa, la luz se desvía de una manera específica. Cuando vemos esas luces, o inconscientemente pensamos que siguen viajando en línea recta. Como resultado, los objetos parecerán más grandes que antes.
Una sola lente convexa puede ampliar un objeto decenas de veces, lo que está lejos de ser suficiente para permitirnos ver los detalles de algunos objetos con claridad. En el siglo XIII aparecieron las gafas, un tipo de lentes de vidrio, para personas con problemas de visión. A medida que desaparecía la oscuridad que había envuelto a Europa durante mil años, siguieron surgiendo nuevos inventos, y el microscopio fue uno de ellos. A finales del siglo XVI, el óptico holandés Janssen y su hijo colocaron varias lentes en un cilindro y a través del cilindro descubrieron que los objetos cercanos eran sorprendentemente grandes. Este fue el predecesor de los microscopios y telescopios actuales.
En 1665, el científico británico Robert? 6. Cuando Hooke observó rodajas de corcho con su microscopio, se sorprendió al encontrar una estructura "unitaria" dentro de ellas. Hooke las llamó "células". Sin embargo, los microscopios compuestos de Jensen realmente no mostraron su poder, su aumento era lamentablemente bajo. ¿Antonio el holandés? 6?1 Feng? 6? Antony von Leeuwenhoek (1632-1723) abrió los ojos de la gente con el microscopio. Levin Hooke aprendió la técnica de moler vidrio desde niño y le apasionaba fabricar microscopios. El microscopio que construyó era en realidad una lente convexa, no un microscopio compuesto. Pero debido a sus magníficas habilidades, el microscopio de un solo chip que produjo tiene un aumento de casi 300 veces, superando a cualquier microscopio anterior.
Cuando Levon Hooker apuntó con su microscopio a una gota de agua de lluvia, se sorprendió al descubrir un pequeño mundo impresionante: innumerables microorganismos nadando en su interior. Informó del descubrimiento a la Royal Society, causando sensación. A veces la gente se refiere a Levine Hooke como el "padre de la microscopía", lo cual es estrictamente incorrecto. Levine Hooke no inventó el primer microscopio compuesto, pero su logro fue crear lentes convexas de alta calidad.
Durante los siguientes dos siglos, los microscopios compuestos mejoraron enormemente, incluida la invención de un microscopio que eliminó la aberración cromática (la tendencia de la luz de diferentes longitudes de onda a refractarse en direcciones ligeramente diferentes cuando pasa a través de una lente). lo que conduce a una disminución de la calidad de la imagen) y otros errores ópticos en el conjunto de lentes. En comparación con los microscopios del siglo XIX, los microscopios ópticos comunes que utilizamos hoy básicamente no han logrado ningún progreso. La razón es simple: la microscopía óptica ha alcanzado el límite de resolución.
Si simplemente dibujas en papel, naturalmente puedes "hacer" un microscopio con cualquier aumento. Pero las fluctuaciones de la luz pueden arruinar tu invento perfecto. Incluso si se eliminan las imperfecciones en la forma de las lentes, ningún instrumento óptico puede producir una imagen perfecta. Tomó mucho tiempo descubrir que la luz se difracta cuando pasa a través de un microscopio; en resumen, un punto en un objeto no es un punto cuando se visualiza, sino un punto de difracción. Si dos puntos de difracción están demasiado juntos, no se pueden distinguir. No importa cuán alto sea el aumento del microscopio, no ayudará.
Para los microscopios que utilizan luz visible como fuente de luz, el límite de resolución es de 0,2 micrones. No se puede identificar ninguna estructura inferior a 0,2 micras.
Una forma de mejorar la resolución de un microscopio es minimizar la longitud de onda de la luz o sustituir la luz por un haz de electrones. Según la teoría ondulatoria material de De Broglie, los electrones en movimiento tienen naturaleza ondulatoria y cuanto más rápidos son, más corta es su "longitud de onda". Si la velocidad de los electrones se puede aumentar lo suficiente y concentrar, se puede utilizar para ampliar objetos.
En 1938, los ingenieros alemanes Max Knoll y Ernst Ruska construyeron el primer microscopio electrónico de transmisión (TEM) del mundo. En 1952, el ingeniero británico Charles Ottley construyó el primer microscopio electrónico de barrido (SEM). El microscopio electrónico es uno de los inventos más importantes del siglo XX. Debido a que la velocidad de los electrones puede aumentarse a niveles muy altos, la resolución de los microscopios electrónicos puede alcanzar el nivel nanométrico (10-9 m). Muchos objetos invisibles a la luz visible, como los virus, revelan su forma original bajo un microscopio electrónico.
Reemplazar la luz con electrones puede ser una idea poco convencional. Pero hay algo aún más sorprendente. En 1983, dos científicos del laboratorio de IBM en Zurich, Gerd Binning y Heinrich Rohrer, inventaron el llamado microscopio de efecto túnel (STM). Este tipo de microscopio es más radical que el microscopio electrónico y pierde por completo el concepto de microscopio tradicional.
Evidentemente, no se pueden "ver" los átomos directamente. ¿Porque los átomos son diferentes de la materia macroscópica? ¿No son bolas suaves que giran y mucho menos están al alcance de la mano? Modelo 6?1 utilizado por Vinci en la pintura. El principio de funcionamiento del microscopio de efecto túnel es el llamado "efecto túnel". Si dejamos de lado las complicadas fórmulas y terminología, este principio de funcionamiento es realmente fácil de entender. Un microscopio de barrido de túnel no tiene lente, utiliza una sonda. Se aplica un voltaje entre la sonda y el objeto. Si la sonda está muy cerca de la superficie del objeto, del orden de nanómetros, entra en juego el efecto túnel. Los electrones atraviesan el espacio entre el objeto y la sonda, creando una corriente eléctrica débil. Si la distancia entre la sonda y el objeto cambia, la corriente cambiará en consecuencia. De esta forma, se puede conocer la forma de la superficie del objeto midiendo la corriente y la resolución puede alcanzar el nivel de un solo átomo.
Gracias a este maravilloso invento, Binnich y Rohrer ganaron el Premio Nobel de Física en 1986. Este año, otra persona compartió el Premio Nobel de Física: Ruska, el inventor del microscopio electrónico.
Se dice que hace cientos de años, Levine Hooke mantuvo en secreto su técnica de fabricar microscopios. Hoy en día, los microscopios (al menos los ópticos) se han convertido en una herramienta muy común para comprender nuestro pequeño mundo.